DE10003064A1 - Schutzvorrichtung für einen elektrischen Verbraucher - Google Patents
Schutzvorrichtung für einen elektrischen VerbraucherInfo
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Abstract
Bei einer Schutzvorrichtung für einen elektrischen Verbraucher (6) ist in einer elektrischen Zuleitung (2) zwischen einem Netzanschluß (1) und einer Schalteinrichtung (3) des Verbrauchers (6) ein Fehlerstrom-Schutzschalter (7) angeordnet. Der Fehlerstrom-Schutzschalter (7) weist eine Detektionseinrichtung zum Erkennen eines Fehlerstroms auf sowie einen ersten Unterbrecher (8) zum Unterbrechen einer Stromzufuhr vom Netzanschluß (1) zur Schalteinrichtung (3), in Abhängigkeit von einem Schaltsignal von der Detektionseinrichtung. Für den Fall, daß in der Schalteinrichtung (3) ein elektrischer Energiespeicher vorhanden ist, ist ein zweiter, von dem Fehlerstrom-Schutzschalter (7) angesteuerter Unterbrecher (9) vorgesehen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen elektrischen Ver
braucher gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Elektrowerkzeuge, wie z. B. Handbohrmaschinen, werden häufig doppelt
schutzisoliert ausgeführt, d. h., daß neben einer Primärisolation im Motor selbst
eine weitere zweite Isolation, z. B. in Form eines isolierenden Gehäuses, vor
gesehen wird. Es sind jedoch auch elektrische Maschinen bekannt, bei denen
eine doppelte Schutzisolierung nicht möglich ist, weil z. B. das äußere Gehäuse
aus Metall bestehen muß. Um hierbei die erforderliche Sicherheit für den Bedie
ner zu gewährleisten, werden häufig sogenannte Fehlerstrom-Schutzschalter,
wie z. B. allgemein bekannte FI-Schalter, vorgesehen, die in der Lage sind, einen
Fehlerstrom zu detektieren und gegebenenfalls sofort die Stromzufuhr zu dem
Elektrogerät zu unterbrechen. In einigen Ländern besteht daher die Vorschrift,
derartige Schutzschalter in Schaltschränken und Verteilern vorzusehen. In den
meisten Ländern jedoch besteht eine derartige Vorschrift nicht.
Die dadurch entstehenden Probleme können teilweise durch eine Schutzeinrich
tung (Personenschutzschalter PRCD-S der Fa. KOPP) gelöst werden, mit der ein
Fehlerstrom-Schutzschalter in die Zuleitung zum Verbraucher eingebaut werden
kann.
Des weiteren sind elektrische Geräte bekannt, bei denen die von außen über
einen Netzanschluß zugeführte elektrische Energie in einem Energiespeicher,
z. B. einem Kondensator, der z. B. Bestandteil eines Frequenzumformers sein
kann, zwischengespeichert und erst mit zeitlicher Verzögerung weitergeleitet
wird. Bei derartigen Geräten kann die Schutzwirkung durch den Fehlerstrom-
Schutzschalter versagen, da die Energiespeicher oft mit einer derart hohen
Kapazität ausgestattet sind, daß sie - trotz unterbrochener Stromzuführung von
außen - noch genügend Energie speichern, um den Bediener ernsthaft zu gefähr
den. Das bedeutet, daß auch bei im Stromverteiler vorgesehenem Fehlerstrom-
Schutzschalters ein voll wirksamer Schutz des Bedieners nicht immergewähr
leistet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzvorrichtung für einen
elektrischen Verbraucher anzugeben, die das Entstehen von Fehlerströmen
wirksam auch dann vermeidet, wenn keine entsprechende Schutzeinrichtung im
Stromnetz vorhanden ist bzw. das den elektrischen Verbraucher aufweisende
Gerät mit einem Energiespeicher versehen ist, in dem der vom Netz zugeführte
Strom zwischengespeichert wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Schutzvorrichtung mit den Merk
malen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfin
dung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Bei der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung ist in einer einen Netzanschluß
mit einem elektrischen Verbraucher verbindenden Zuleitung ein Fehlerstrom-
Schutzschalter zwischen dem Netzanschluß und einer Schalteinrichtung
angeordnet. Der Fehlerstrom-Schutzschalter weist eine Detektionseinrichtung
zum Erkennen eines Fehlerstroms auf, sowie einen ersten Unterbrecher zum
Unterbrechen einer Stromzufuhr vom Netzanschluß zur Schalteinrichtung in
Abhängigkeit von einem Schaltsignal von der Detektionseinrichtung. Weiterhin
ist stromab von dem ersten Unterbrecher, näher beim Verbraucher, ein zweiter
Unterbrecher vorgesehen, der durch das Schaltsignal von der Detektionseinrich
tung schaltbar ist. Vorteilhafterweise ist der erste Unterbrecher derart angeord
net, daß er die Stromzufuhr vom Netzanschluß zu dem Fehlerstrom-Schutz
schalter unterbrechen kann. Da der zweite Unterbrecher näher am Verbraucher
angeordnet ist, schützt er diesen und den Bediener besser, als das durch den
ersten Unterbrecher allein möglich ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn der
zweite Unterbrecher auf elektronischem Wege die Stromzufuhr trennt.
Indem auf diese Weise im Bereich der Stromzuleitung zu dem elektrischen Gerät
bzw. direkt am Netzstecker der Fehlerstrom-Schutzschalter angeordnet wird,
kann er bei Feststellen eines Fehlerstroms sofort den elektrischen Verbraucher
und damit das gesamte elektrische Gerät stromlos schalten. Dadurch kann fast
das gesamte Gerät vor Fehlerströmen geschützt werden, auch wenn in den zum
Netz gehörenden Stromverteilern kein Fehlerstrom-Schutzschalter vorhanden
ist.
Die Bereitstellung des zweiten Unterbrechers eignet sich besonders für elektri
sche Geräte, bei denen ein Energiespeicher zum Zwischenspeichern von elektri
scher Energie im Bereich der Schalteinrichtung, z. B. als Bestandteil eines
Frequenzumformers vorgesehen ist. Wie oben bereits dargelegt, besteht bei derartigen
Energiespeichern die Gefahr, daß sie trotz unterbrochener Netzstrom
zufuhr genug Energie speichern können, um den Bediener durch Fehlerströme
zu gefährden. Dieses Problem kann auch dann noch bestehen, wenn bereits der
erste Unterbrecher aktiviert worden ist.
Der Energiespeicher ist z. B. zwischen dem Fehlerstrom-Schutzschalter und der
Schalteinrichtung angeordnet. Durch den zweiten Unterbrecher kann jeglicher
Stromfluß zu oder vom Energiespeicher unterbrochen werden. Die Detektions
einrichtung ist somit in der Lage, über das Schaltsignal nicht nur den ersten
Unterbrecher anzusteuern, der das elektrische Gerät vom Netz nimmt, sondern
auch den zweiten Unterbrecher, der möglichst dicht bei dem Energiespeicher
angeordnet werden sollte. Tritt in diesem Fall z. B. an dem elektrischen Ver
braucher ein Fehlerstrom auf, wird die Verbindung zum Netz, die Verbindung
zum Energiespeicher und die Verbindung des Energiespeichers zum Ausgang des
Leistungsteils (z. B. Endstufe eines Frequenzumformers) unterbrochen. Die im
Energiespeicher gespeicherte Energie kann nicht mehr entweichen, wodurch
eine Gefährdung des Bedieners ausgeschlossen wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der erste und/
oder der zweite Unterbrecher nur dann geschlossen, wenn das Schaltsignal
anliegt. Bei fehlendem Schaltsignal wird die elektrische Verbindung getrennt.
Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Fehlerstrom-Schutzschalter ordnungs
gemäß funktioniert und auch nicht vom Gerät entfernt worden ist. Bei fehlen
dem Fehlerstrom-Schutzschalter ist eine Inbetriebnahme des Geräts ausge
schlossen.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend
anhand eines Beispiels unter Zuhilfenahme der begleitenden Figur näher
erläutert.
Die einzige Figur zeigt als Beispiel für ein elektrisches Gerät einen Innenrüttler
zur Verdichtung von noch flüssigem Beton.
Der elektrische Strom wird an einem als Netzanschluß dienenden Netzstecker 1
in das Gerät eingeleitet und über eine Zuleitung 2 zu einer Schalteinrichtung 3
geführt. Die Schalteinrichtung 3 weist wenigstens einen Ein/Aus-Schalter 4 auf.
Bei dem gezeigten Beispiel ist weiterhin in der Schalteinrichtung 3 ein nicht
dargestellter, an sich bekannter Frequenzumformer mit einem als Energie
speicher dienenden Elektrolytkondensator vorgesehen.
Die Zuleitung 2 verläßt dann die Schalteinrichtung 3 und wird - ummantelt von
einem Schutz- und Bedienungsschlauch 5 - zu einer Rüttelflasche 6 geführt. In
der Rüttelflasche 6 ist ein als elektrischer Verbraucher dienender langgestreck
ter Elektromotor untergebracht, der eine ebenfalls in der Rüttelflasche 6 ange
ordnete Unwucht drehend antreibt, wodurch die für die Betonverdichtung erfor
derlichen Schwingungen des Rüttlers erzeugt werden können. Der Bediener
führt dann die Rüttelflasche 6 an dem Schutz- und Bedienungsschlauch 5.
Der bisher beschriebene Innenrüttler ist allgemein bekannt und hat sich im
harten Baustellenbetrieb bereits bestens bewährt.
Neu ist an dem in der Figur gezeigten Innenrüttler ein in einem Gehäuse unterge
brachter Fehlerstrom-Schutzschalter 7, der z. B. durch einen an sich bekannten
FI-Schalter realisiert sein kann.
Bei einem derartigen FI-Schalter sind die Stromhin- und die Stromrückleitung
gemeinsam von einem Eisenkern umgeben, der die magnetische Feldstärke der
Leiter überwacht. Wenn der Stromhinleiter aufgrund eines Fehlerstroms einen
stärkeren Strom führt, als der Stromrückleiter, entsteht trotz der Überlagerung
der magnetischen Felder der beiden Leiter ein Differenzmagnetfeld, das durch
den Eisenkern detektiert und dann in einer weiteren, an sich bekannten Schal
tung in ein Schaltsignal gewandelt wird, das z. B. einem als Unterbrecher die
nenden Relais zur Unterbrechung der Stromzufuhr zugeführt wird.
Der Fehlerstrom-Schutzschalter 7 besteht demnach aus einer Detektionseinrich
tung, die das Vorhandensein eines Fehlerstroms erkennt und daraufhin ein
Schaltsignal erzeugt bzw. ein vorhandenes Signal unterbricht, sowie einem
ersten Unterbrecher 8, der die Stromzufuhr vom Netzstecker 1 zum Fehler
strom-Schutzschalter 7 unterbricht und damit den gesamten Innenrüttler
stromlos macht. Auf diese Weise kann insbesondere bei Anlagen, bei denen kei
ne FI-Schalter in Schaltschränken oder Verteilern vorgesehen sind, eine Gefähr
dung des Bedienpersonals durch Fehlerströme reduziert werden.
Wie bereits beschrieben, weist der Innenrüttler in der Schalteinrichtung 3 einen
Frequenzumformer auf, der einen Energiespeicher in Form eines Kondensators
umfaßt. Auch wenn ein Fehlerstrom z. B. durch Abisolation der Zuleitung 2 in
der Nähe der Rüttelflasche 6 auftritt und daraufhin der Fehlerstrom-Schutz
schalter 7 das Gerät vom Netz nimmt, reicht die in dem Energiespeicher gespei
cherte Energie aus, um weiterhin einen Fehlerstrom zu generieren, der den
Bediener gefährden kann.
Um eine derartige Gefährdung zu vermeiden, ist ein zweiter Unterbrecher 9 vor
gesehen, mit dem der Energiespeicher von den restlichen elektrischen Bautei
len, insbesondere der Zuleitung 2, abgetrennt werden kann. Der zweite Unter
brecher 9 wird ebenfalls über das Schaltsignal von der Detektionseinrichtung
des Fehlerstrom-Schutzschalters 7 angesteuert und gewährleistet dadurch, daß
bei Auftreten eines Fehlerstroms und der nachfolgenden Unterbrechung die
Energie des Energiespeichers nicht abgegeben werden und somit den Bediener
nicht gefährden kann. Der zweite Unterbrecher 9 sollte dabei derart aufgebaut
sein, daß er den Energiespeicher vollständig von der Umgebung abtrennen
kann, um auch ein Rückfließen des Stroms, z. B. in Richtung des Fehlerstrom-
Schutzschalters 7, zu vermeiden. Um ein schnellstmögliches Ansprechen des
zweiten Unterbrechers 9 zu erreichen, sollte er in dem Fachmann geläufiger
Weise durch elektronische Bauteile realisiert werden.
Für die Zuführung des Schaltsignals von dem räumlich entfernten Fehlerstrom-
Schutzschalter 7 zum zweiten Unterbrecher 9 ist eine Datenübertragungsstrecke
vorgesehen. Diese kann z. B. aus einem oder mehreren parallel zur Zuleitung 2
verlaufenden Kabeln bestehen. Es ist aber auch möglich, ein auf den elektri
schen Strom in der Zuleitung 2 aufmoduliertes Signal zu generieren oder eine
kurze Unterbrechung der Stromzufuhr im Bereich von wenigen Millisekunden zu
erzeugen, die von dem zweiten Unterbrecher 9 als Steuerimpuls verstanden
wird. Schließlich ist auch noch eine Übertragung des Steuersignals mittels
Lichtwellenleiter, Funksignalen oder jeder anderen Art von bekannter Signal
übertragung denkbar.
Bei einer besonders sicheren Variante erlauben der erste und der zweite Unter
brecher 8, 9 lediglich dann einen Stromfluß, wenn das Schaltsignal auf einem
hohen Pegel liegt. Fällt das Schaltsignal ab oder fehlt es ganz, z. B. wenn un
befugterweise der Fehlerstrom-Schutzschalter 7 vom Gerät entfernt worden ist,
unterbinden die Unterbrecher 8, 9 eine Stromzufuhr. Durch eine derartige "Fail
safe"-Funktion läßt sich der Innenrüttler nur bei ordnungsgemäß funktionieren
dem Fehlerstrom-Schutzschalter in Betrieb nehmen.
Claims (10)
1. Schutzvorrichtung für einen elektrischen Verbraucher (6) mit
- - einem Netzanschluß (1);
- - einer Zuleitung (2) vom Netzanschluß (1) zum Verbraucher (6); und mit
- - einer in der Zuleitung (2) vorgesehenen Schalteinrichtung (3) zum Ein- und Ausschalten des Verbrauchers (6); wobei
- - in der Zuleitung (2) zwischen dem Netzanschluß (1) und der Schalt einrichtung (3) ein Fehlerstrom-Schutzschalter (7) angeordnet ist;
- - der Fehlerstrom-Schutzschalter (7) eine Detektionseinrichtung zum Erkennen eines Fehlerstroms aufweist, sowie einen ersten Unterbrecher (8) zum Unterbrechen einer Stromzufuhr vom Netzanschluß (1) zur Schalteinrichtung (3) in Abhängigkeit von einem Schaltsignal von der Detektionseinrichtung; und wobei
- - stromab von dem ersten Unterbrecher (8), näher bei dem Verbraucher (6), ein zweiter Unterbrecher (9) vorgesehen ist, der durch das Schaltsignal von der Detektionseinrichtung schaltbar ist.
2. Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
erste Unterbrecher (8) zum Unterbrechen einer Stromzufuhr vom Netzanschluß
(1) zum Fehlerstrom-Schutzschalter (7) dient.
3. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Fehlerstrom-Schutzschalter (7) im Bereich des Netz
anschlusses (1) angeordnet ist.
4. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen dem Fehlerstrom-Schutzschalter (7) und der Schalt
einrichtung (3) ein Energiespeicher zum Zwischenspeichern von über den Netz
anschluß zugeführter elektrischer Energie angeordnet ist.
5. Schutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an
dem Energiespeicher der zweite Unterbrecher (9) angeordnet ist, durch den jeg
licher Stromfluß zu und/oder vom Energiespeicher unterbrochen werden kann.
6. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Energiespeicher Bestandteil eines Frequenzumformers ist.
7. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zweite Unterbrecher (9) beim Verbraucher (6) angeordnet ist.
8. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schaltsignal über eine Datenübertragungsstrecke von der
Detektionseinrichtung zum zweiten Unterbrecher (9) übertragbar ist.
9. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei fehlendem Schaltsignal die elektrische Verbindung durch den
ersten und/oder den zweiten Unterbrecher (8, 9) getrennt wird.
10. Schutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß der zweite Unterbrecher (9) ein elektronischer Unterbrecher ist.
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